關(guān)于軟件安全性測試方法研究
2014-02-02 02:33:42李靜
李靜
【摘 要】軟件安全性測試是保證軟件安全性的重要手段。本文論述了軟件安全性測試的特點(diǎn)和主要內(nèi)容，重點(diǎn)研究了國內(nèi)外軟件安全性測試的主要方法，最后總結(jié)了當(dāng)前研究工作并指出了未來軟件安全性測試技術(shù)的研究重點(diǎn)與發(fā)展方向。
【關(guān)鍵詞】安全性測試；安全功能測試；語法測試；模糊測試
安全性是軟件質(zhì)量的一個重要屬性。傳統(tǒng)上國內(nèi)學(xué)者較多關(guān)注軟件的失效安全性，即軟件運(yùn)行不引起系統(tǒng)事故的能力，強(qiáng)調(diào)的是一類安全關(guān)鍵軟件的安全性失效可能造成重大人員傷亡、財產(chǎn)損失、環(huán)境污染等危險事故。
1.軟件測試方法
1.1靜態(tài)測試
靜態(tài)測試在對軟件代碼進(jìn)行分析、檢查和測試時不實(shí)際運(yùn)行被測試的程序，同時這種測試方法還可以用于對各種軟件文檔進(jìn)行測試。例如對需求文檔的驗(yàn)證和確認(rèn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)文檔的檢查以及程序代碼的檢查。
1.2動態(tài)測試
動態(tài)測試就是通過運(yùn)行軟件來檢驗(yàn)軟件的動態(tài)行為和運(yùn)行結(jié)果的正確性。動態(tài)測試的主要特征是計(jì)算機(jī)必須真正運(yùn)行被測試的程序，通過輸入測試數(shù)據(jù)，對其運(yùn)行情況進(jìn)行分析。
1.3黑盒測試（功能測試）
在黑盒測試或功能測試中，測試條件主要是基于程序或者系統(tǒng)的功能，測試人員不需要了解程序是如何運(yùn)作，只是關(guān)注程序的功能是否與規(guī)格說明書所描述的一致。
1.4白盒測試（結(jié)構(gòu)測試）
在此項(xiàng)測試中，測試條件是基于程序邏輯，測試人員查看程序或者系統(tǒng)的內(nèi)部機(jī)構(gòu)。測試人員需要了解內(nèi)部程序結(jié)構(gòu)和邏輯，關(guān)注生產(chǎn)出來的代碼，而不需理會其功能是否與說明書上的功能相同。
2.安全性測試主要方法
隨著軟件安全性受到人們的重視，安全性測試方法相關(guān)研究取得了一定進(jìn)展。
2.1形式化安全測試
形式化方法的基本思想是建立軟件的數(shù)學(xué)模型，并在形式規(guī)格說明語言的支持下，提供軟件的形式規(guī)格說明。形式化安全測試方法可分為兩類，即定理證明和模型檢測。定理證明方法將程序轉(zhuǎn)換為邏輯公式，然后使用公理和規(guī)則證明程序是一個合法的定理。模型檢測用狀態(tài)遷移系統(tǒng)S 描述軟件的行為，用時序邏輯、計(jì)算樹邏輯或演算公式F 表示軟件執(zhí)行必須滿足的性質(zhì)，通過自動搜索S 中不滿足公式F 的狀態(tài)來發(fā)現(xiàn)軟件中的漏洞。
NASA（national aeronautics and space administration）的一個實(shí)驗(yàn)室JPL（jet propulsion laboratory）開展過形式化安全測試方面的項(xiàng)目。主要思路是建立安全需求的形式化模型，例如狀態(tài)機(jī)模型。輸入輸出序列決定安全狀態(tài)轉(zhuǎn)換。安全測試即搜索狀態(tài)空間，看是否能從起始狀態(tài)找到一條路徑到達(dá)違反規(guī)約的不安全的狀態(tài)。隨著模型大小與復(fù)雜性增長，狀態(tài)空間呈指數(shù)增長，JPL 開發(fā)了一種使用SPIN 的形式化建?？蚣埽╢lexible modeling framework，F(xiàn)MF）解決狀態(tài)爆炸問題，并開發(fā)了基于屬性的測試工具（property based tester，PBT）。
2.2基于模型的安全功能測試
基于模型的測試方法是對軟件的行為和結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，生成測試模型，由測試模型生成測試用例，驅(qū)動軟件測試[3]。常用的軟件測試模型有有限狀態(tài)機(jī)、UML 模型、馬爾可夫鏈等。
Mark Blackburn、Robert Busser 研究了基于模型的安全功能測試[4]。主要項(xiàng)目支撐是NIST CSD（computer security division）部門的項(xiàng)目Automated Security Functional Testing。主要思路是利用SCRModeling 工具對軟件的安全功能需求進(jìn)行建模，使用表單方式設(shè)計(jì)軟件的安全功能行為模型，將表單模型轉(zhuǎn)換為測試規(guī)格說明模型，利用T-VEC工具生成測試向量（由一組輸入變量，期望輸出變量組成），開發(fā)測試驅(qū)動模式和目標(biāo)測試環(huán)境的對象映射，將測試向量輸入測試驅(qū)動模式執(zhí)行測試。這種方法是一種一般的安全功能測試方法，它的適用范圍取決于安全功能的建模能力，特別適用于建模用與或子句表達(dá)邏輯關(guān)系的安全需求，對授權(quán)、訪問控制等安全功能測試比較適用。
2.3語法測試
語法測試是根據(jù)被測軟件的功能接口的語法生成測試輸入，檢測被測軟件對各類輸入的響應(yīng)。接口可以有多種類型，命令行、文件、環(huán)境變量、套接字等。語法測試基于這樣一種思想，軟件的接口或明確或隱含規(guī)定了輸入的語法。語法定義了軟件接受的輸入數(shù)據(jù)的類型、格式。語法定義可采用BNF或正則表達(dá)式。語法測試的步驟是識別被測軟件接口的語言，定義語言的語法，根據(jù)語法生成測試用例并執(zhí)行測試。
生成的測試輸入應(yīng)當(dāng)包含各類語法錯誤，符合語法的正確輸入，不符合語法的畸形輸入等。通過察看被測軟件對各類輸入的處理情況，確定被測軟件是否存在安全缺陷。語法測試適用于被測軟件有較明確的接口語法，易于表達(dá)語法并生成測試輸入的情況。語法測試結(jié)合故障注入技術(shù)可得到更好的測試效果。
2.4基于故障注入的安全性測試
Wenliang Du將故障注入技術(shù)用于軟件安全性測試，建立軟件與環(huán)境交互（environment-application interaction，EAI） 的故障模型。故障注入針對應(yīng)用與環(huán)境的交互點(diǎn)，主要包括用戶輸入、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)接口、環(huán)境變量等引起的故障。相關(guān)項(xiàng)目有OUSPG（university of oulu，secure programming group）的項(xiàng)目PROTOS SecurityTesting of Protocol Implementations，該項(xiàng)目的目標(biāo)是測試協(xié)議實(shí)現(xiàn)的安全性。主要思路是通過構(gòu)造各類協(xié)議數(shù)據(jù)包測試目標(biāo)軟件是否能正確處理。實(shí)質(zhì)是在各類協(xié)議數(shù)據(jù)包中植入故障，如修改某些協(xié)議字段的值等，支持的協(xié)議有HTTP、SIP、WAP、SNMP等。故障注入可以有效地模擬各種各樣的異常程序行為，通過故障注人函數(shù)能夠強(qiáng)制性地使程序進(jìn)入到某些特定的狀態(tài)，而這些狀態(tài)在采用常規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)測試技術(shù)的情況下一般是無法到達(dá)的。
2.5 模糊測試
模糊測試是一種發(fā)現(xiàn)安全漏洞的有效的測試方法，在安全性測試中越來越受到重視。模糊測試將隨機(jī)的壞數(shù)據(jù)插入程序，觀察程序是否能容忍雜亂輸入。模糊測試是不合邏輯的，只是產(chǎn)生雜亂數(shù)據(jù)攻擊程序。采用模糊測試攻擊應(yīng)用程序可發(fā)現(xiàn)其它采用邏輯思維來測試很難發(fā)現(xiàn)的安全缺陷。
2.6 基于屬性的測試
描述了基于屬性的測試方法，采用TASPEC 語言對軟件的安全屬性進(jìn)行描述，生成安全屬性規(guī)格說明，利用程序切片技術(shù)抽取與這個安全屬性相關(guān)的代碼，并測試這部分代碼是否違反安全屬性規(guī)格說明?；趯傩缘臏y試有針對性的測試目標(biāo)軟件的特定安全屬性，可滿足安全屬性的分類和優(yōu)先級排序要求，且部分與具體軟件無關(guān)的屬性規(guī)格說明是可重用的。
3.結(jié)束語
軟件測試是所有工程學(xué)科的基本組成單元，是軟件開發(fā)的重要部分。軟件測試是為了發(fā)現(xiàn)故障而執(zhí)行程序的過程，其目的是以盡可能少的時間和人力發(fā)現(xiàn)并改正軟件中潛在的各種故障及缺陷。如何利用較少的測試用例，實(shí)現(xiàn)最大的測試覆蓋，最大限度地發(fā)現(xiàn)軟件瑕疵，是軟件測試的目標(biāo)之一；制定完善的測試計(jì)劃、測試方案、結(jié)果分析、文檔資料管理，亦是保證軟件測試功效的前提。軟件測試只能查找程序中的錯誤，不能證明程序中沒有錯誤。
未來軟件安全性測試技術(shù)主要發(fā)展方向包括：軟件授權(quán)、訪問控制等安全功能建模與測試研究；形式化安全測試方法研究；基于風(fēng)險的安全測試及其在軟件工程實(shí)踐中的應(yīng)用；故障注入、模糊測試、語法測試、基于屬性的安全測試方法研究；利用威脅模型與攻擊樹指導(dǎo)安全測試過程；漏洞發(fā)現(xiàn)過程的建模及利用模型定量預(yù)測安全漏洞。
另外近年來基于Web 服務(wù)的分布式軟件快速發(fā)展，如何對Web 服務(wù)開展安全性測試是分布式軟件安全性測試面臨的嶄新課題。 [科]
【參考文獻(xiàn)】
[1]陸璐，王柏勇.軟件自動化測試技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2006.
[2]郭群.軟件測試設(shè)計(jì)技術(shù)[J].電腦知識與技術(shù)，2007，（17）.
[3]周博文，杜山澤.社會管理創(chuàng)新：從倫理觀念、管理理念到思維方式的轉(zhuǎn)變.載于.行政管理改革，2012，（11）.
